一种新型SCR脱硝催化剂的制备研究

董月红，薛建明，李兵，薛洋企

(国电科学技术研究院，江苏南京210023)

一种新型SCR脱硝催化剂的制备研究

董月红，薛建明，李兵，薛洋企

(国电科学技术研究院，江苏南京210023)

以二氧化钛、硅铝纤维纸为载体，通过浸渍法制备了一种新型的V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化剂。通过XRD、BET和SEM表征分析和催化剂的脱硝活性测试，确定了载体及催化剂的最佳煅烧温度，结果表明，催化剂载体和催化剂的煅烧温度均为500℃时，催化剂脱硝活性最佳;当催化剂活性成分质量分数V2O5、WO3，MoO3分别为3%、7%、4%时，在模拟烟气条件下其脱硝效率可达91.75%。

SCR;催化剂载体;煅烧温度;脱硝效率

SCR烟气脱硝技术，因其脱硝率高、技术成熟，是火电厂采用低氮燃烧技术后进一步控制NOx排放的首选，其中催化剂是SCR技术的核心，其组成、结构和相关参数直接影响SCR系统的整体脱硝效果［1－4］。目前，广泛应用于SCR脱硝过程的商业催化剂为V2O5－WO3(MoO3)/TiO2基整体式催化剂，其中，TiO2为催化剂的载体，V2O5为催化剂的活性组分，WO3或MoO3为“化学”和“结构”助剂，能够增强催化剂的酸性、扩大SCR脱硝反应的温度窗口、减少SO2向SO3的氧化、提高催化剂的抗中毒能力等［5－10］。TiO2作为催化剂的载体，其性质和制备工艺对催化剂性能具有较大的影响［11］。

本文以工业级锐钛矿TiO2、硅铝纤维纸为载体制备了一种新型的V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化剂，研究了载体性质对催化剂脱硝性能的影响。

1 试验部分

1.1 载体的制备

以硅铝纤维纸和工业级锐钛矿型TiO2为原料制备催化剂载体。首先制备浓度为55%的TiO2浆料(其中添加助剂氨稳定型30%硅溶胶)，然后将其涂敷于硅铝纤维纸上，厚度1mm，使之成圆柱形，微波干燥定型1min，在烘箱中100℃干燥1h，最后在马弗炉中进行分段煅烧，在100℃、200℃、300℃分别保温1h，最终在500℃或800℃煅烧1h，得到SCR催化剂载体，记为载体A、B。

1.2 催化剂的制备

采用湿式浸渍法制备V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化剂(催化剂活性成分V2O5、WO3，MoO3分别为3%、7%、4%)，将载体置于配置好的活性成分溶液中，充分浸渍，然后在烘箱中100℃干燥1h，在马弗炉中100℃、200℃、300℃分别保温1h，最终在300℃、500℃或800℃煅烧1h，制得新型SCR催化剂，记为A－300、A－500、A－800，柱形催化剂直径10mm，长60mm。催化剂制备流程如图1所示。

1.3 催化剂活性测试

催化剂活性测试在管式固定床SCR反应器中进行，其流程如图2所示，反应器直径为60mm。温度由管式炉控制，反应器进、出口NO气体浓度由西门子U23烟气分析仪测量。

图1 催化剂制备流程

试验中采用钢瓶标气配制模拟烟气，由NO、SO2、O2、N2、NH3组成，其中NO为700μL/L、SO2为500μL/L、O2为5.5%、氨氮比为1∶1、N2为平衡气体，模拟烟气流量为66L/h，反应温度为350℃。每组催化剂试验样品由14个柱形催化剂堆积而成，催化剂的脱硝活性以脱硝效率表征，脱硝效率为: (NOin－NOout)/NOin×100%，其中NOin、NOout分别为反应器进、出口NO浓度。

图2 催化剂活性试验流程示意

2 结果与讨论

2.1 载体及催化剂的性质

比表面积是影响催化剂性能的重要参数，通过BET测试发现，载体A的比表面积为89.7m2/g，载体B的比表面积为88.1m2/g，可知，随着煅烧温度的增加，载体的比表面积略有降低。图3为载体A、B的SEM表征结果，载体A存在大量气孔，而载体B内部颗粒聚集，晶粒彼此团聚，气孔率降低。

图3 载体A、B的SEM图

图4(a)为载体A的孔径分布，载体A的孔径分布较宽，主要集中在3～12nm。催化剂A－500比表面积为63.2m2/g，比载体A降低了约29.5%，催化剂A－500的孔径分布如图4(b)所示，载体负载活性成分后，孔径略有降低，主要集中在2～10nm。

图4 载体A及催化剂A－500的孔径分布

对载体、催化剂进行了XRD测试，如图5所示。图5(a)为载体的XRD测试结果，其二氧化钛为锐钛矿型;图5(b)为催化剂的XRD测试结果，其中未发现金红石型二氧化钛。经XRD检测，载体A和催化剂A－500结果中二氧化钛均为锐钛矿型，未观察到金红石型二氧化钛，说明500℃煅烧温度未使锐钛矿型二氧化钛金红石化［12－13］。

图5 载体A及催化剂A－500的XRD测试结果

2.2 催化剂的脱硝性能

表1为不同催化剂的脱硝效率，A－500的脱硝效率为92%，优于催化剂B－500，说明载体在500℃煅烧时，催化剂活性最佳，过高的煅烧温度会导致载体中TiO2由锐钛矿向金红石转变，不利于催化剂的脱硝性能［12－13］。

催化剂制备过程中，适宜的煅烧温度为500℃，过高或过低都会影响催化剂的脱硝效率，当煅烧温度为300℃，催化剂活性成为未能充分活化，当煅烧温度为800℃，会导致催化剂载体烧结，降低催化剂的孔隙结构，活性成分在催化剂表面团聚，进而影响了催化剂的脱硝性能。

表1 催化剂的脱硝效率

3 结语

以二氧化钛、硅铝纤维纸为载体，通过浸渍法制备了一种新型的V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化剂，对催化剂进行了脱硝活性测试，结论如下:

(1)催化剂载体和催化剂的最佳煅烧温度均为500℃，载体和催化剂均能保持较好的多孔性质，同时锐钛矿TiO2未金红石化。

(2)当催化剂活性成分V2O5、WO3，MoO3分别为3%、7%、4%时，在500℃煅烧形成的催化剂在模拟烟气条件下的脱硝效率最高，可达92%。

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Research on preparation of a new SCR denitration catalyst

A new type catalyst，V2O5－WO3－MoO3/TiO2，was prepared by impregnation，using TiO2and silica alumina fiber paper as catalyst support.The catalyst was characterized by XRD，BET and SEM，and the denitration activity of catalyst was tested.The optimum calcination temperature was determined.The results show that when the catalyst active components V2O5，WO3，and MoO3is 3%，7%，and 4%respectively and the calcinations temperature is 500℃，the denitration efficiency is 91.75%.

SCR;catalyst support;calcination temperature;denitration efficiency

X701.7

B

1674－8069(2015)05－017－03

2015-04-16;

:2015-06-28

董月红(1981-)，女，山西孝义人，工程师，主要从事电力脱硫脱硝等环保方面的研究工作。E－mail:dyhajs@foxmail.com

国电科学技术研究院科技项目“高温SCR催化剂的研究”(D12Y10)